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ingeniería ambiental

El exterminador de impurezas

Nace un nuevo generador de ozono, fruto de la asociación entre una empresa y unlaboratorio del ITA

Un nuevo linaje de generadores de ozono de alto desempeño, para el tratamiento de efluentes industriales y residenciales, que aseguran la esterilización de aguas tratadas en más del 90%, ya ha sido instalado, probado y evaluado. Son cuatro prototipos. Uno de ellos está instalado en la estación de tratamiento de desagües Piracicamirim, dependiente de la Secretaría Municipal de Aguas y Desagües (Semae, sigla en portugués) de Piracicaba, y el otro es utilizado para el tratamiento de agua en el Centro Técnico Aeroespacial (CTA) de São José dos Campos. Los otros dos, con idéntico desempeño, se encuentran instalados en una lavandería de ropa hospitalaria en São Paulo, y en el laboratorio de la Escuela de Ingeniería de Piracicaba (EEP), y están siendo utilizados, respectivamente, para el estudio del tratamiento del agua contaminada y del percolado o lixiviado (el agua barrosa y sucia de los rellenos sanitarios y de los basurales).

Los estudios y el desarrollo de los cuatro prototipos actualmente en operación contaron con la coordinación del físico Wilfredo Irrazabal Urruchi, con el apoyo de los equipos del Laboratorio de Plasmas y Procesos (LPP) del Departamento de Física del Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), de la Facultad de Ciencias Matemáticas y de la Naturaleza y del Laboratorio de Materiales Carbónicos de la Universidad Metodista de Piracicaba (Unimep), además de la EEP. Los recursos surgieron del Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas (PIPE) de la FAPESP, solicitados por la microempresa Qualidor Saneamento Incorporação, de Santa Bárbara d’Oeste, que consultó al equipo del ITA -así fue que Urruchi fue designado para coordinar el proyecto del PIPE- para innovar en la tecnología de los generadores de ozono fabricados por la firma desde hace 30 años.

La asociación se mostró fructífera, en vista de los resultados que comprobaron la eficiencia de los nuevos generadores. Los análisis físicoquímicos y microbiológicos del agua tratada por los prototipos fueron realizados por el equipo de la Facultad de Ciencias de la Salud de la Unimep y por la EEP, con el apoyo de la investigadora alemana Julia Sasse, becaria del Servicio Alemán de Intercambio Académico (DAAD). “Nuestro desafío consistió en desarrollar una tecnología nacional de generación y aplicación del ozono”, dice Urruchi. Existen generadores en el mercado internacional proyectados para todos los usos, pero su costo es muy alto.

“Construimos un generador adecuado a las condiciones económicas brasileñas y adaptado al clima, cálido y húmedo, tendiente a efectivizar todas las aplicaciones en las cuales la posibilidad de contaminación por microorganismos o productos químicos debe ser minimizada, sin ocasionar daños a la naturaleza, como es el caso de la esterilización con cloro”, explica el físico Choyu Otani -colaborador del proyecto en el LPP-ITA. “Aun en cantidades controladas, en el tratamiento de agua y de efluentes, el cloro es residual y favorece la formación de organoclorados y otros subproductos perjudiciales para los manantiales”. Asimismo, es un dato confirmado la mayor eficiencia del ozono frente al cloro en el combate contra formas latentes y resistentes de virus, bacterias y protozoarios presentes en el agua, responsables por muchas enfermedades, como la ictericia, las diarreas, el cólera, etc.

Según Urruchi, no existen registros anteriores en Brasil sobre el uso de ozono en estaciones de tratamiento de agua y de desagües. Los generadores importados son usados para la aplicación del ozono como blanqueador en algunas industrias de papel y celulosa del interior de São Paulo, en grandes industrias del área alimenticia y en unas pocas empresas de distribución de agua mineral, en la esterilización de la propia agua que será embotellada, así como también en la de los envases. Sin olvidar los intentos de tratamiento de piscinas, como las de Qualidor. “El generador de ozono desarrollado en el marco de este proyecto suministra una mejor tecnología de purificación del agua, favorece el desarrollo de un sector industrial promisorio y contribuye significativamente para la preservación del ambiente natural”, afirma Urruchi.

Refrigeración con agua
Una de las cuestiones que impiden la proliferación de la aplicación de generadores de ozono es la refrigeración. “Nuestra temperatura en el verano puede llegar a los 40ºC, lo que acelera la degradación del ozono producido. De este modo, la primera innovación consistió construir prototipos refrigerados con agua, cosa que no existía en los generadores de Qualidor”, explica Urruchi.

La generación de ozono en el equipo se vale del principio de la descarga en barrera dieléctrica (DBD). “En nuestro generador, la DBD de alto voltaje se forma entre dos electrodos tubulares, en un dispositivo dieléctrico (tubo de vidrio) que almacena la energía y después la libera. El aire seco que circula entre el vidrio y el electrodo recibe las descargas eléctricas y se transforma en ozono”. Esto ocurre porque los electrones generados en la descarga disocian algunas moléculas de oxígeno (O2) formando algunos oxígenos atómicos (O) que se agregan rápidamente a otras moléculas de O2, formando las moléculas de ozono (O3).

“La caída de energía eléctrica es un problema serio para los generadores, y nosotros logramos encontrarle una solución. Desarrollamos controles automáticos con microprocesadores dentro del generador, que permiten que, al retornar la energía, la tensión vaya creciendo poco a poco hasta el punto ideal de trabajo, sin quemar el sistema”, dice Urruchi. Este sistema también controla la cantidad de aire que entra en el generador, la corriente de la descarga, la cantidad de ozono producida y el tiempo de actividad del aparato. Otra gran innovación es un sistema de control remoto de los generadores vía satélite, que aguarda apenas la instalación de una línea especial por parte de la empresa de telecomunicaciones Embratel.

El primer prototipo construido por el equipo de Urruchi produjo 20 gramos por hora (g/h), en una concentración de 1,8% de ozono, una capacidad mayor y más eficiente que la del equipamiento original de Qualidor, de 7g/h y una concentración del 1,2%. Ese tipo de generador fue instalado en la Lavandería de la Paz, en São Paulo, especializada en el área hospitalaria, inicialmente para tratar efluentes descartados después del lavado de la ropa. A partir de enero de 2002, el agua ozonizada fue utilizada directamente en el lavado y la esterilización de las ropa, lo que permitió un ahorro del 40% de agua, jabón y detergentes, además del descarte de agua más limpia en la red pública de alcantarillado.

Aire transformado
En la segunda parte del proyecto se desarrollaron los generadores mayores, como el que está en la estación de tratamiento de desagües de Piracicamirim, para el tratamiento final del agua proveniente de los desagües. Dichos artefactos están constituidos por un procesador de aire seco y limpio en el interior del equipamiento. Ese aire es enfriado e inyectado en el reactor, en donde, mediante la acción del proceso DBD, es parcialmente transformado en ozono. El compuesto gaseoso es entonces inyectado en forma de microampollas en el efluente que será tratado. Según Urruchi, ese prototipo trata hasta 2 metros cúbicos por hora de efluente, lo que ya sería suficiente como para suministrar el agua limpia apropiada y necesaria para la limpieza de los propios filtros de la ETE. Para tratar íntegramente el agua de la ETE Piracicamirim, antes de ser devuelta a la naturaleza -en el río Piracicamirim-, el equipamiento debería ser entre 50 y 100 veces mayor que el prototipo.

“El percolado originado en los rellenos sanitarios constituye un gran problema de saneamiento”, dice Maria Helena Santini Campos Tavares, coordinadora de la carrera de Ingeniería Ambiental de la EEP. Ese percolado tiene altas concentraciones de materiales orgánicos y metales pesados que contaminan el suelo y el subsuelo, los manantiales y las aguas subterráneas. Según Maria Helena, aún no existe un tratamiento efectivo para éste. El uso de generadores de ozono hace posible un tratamiento previo, que vuelve al percolado biológicamente degradable. Permite generar biogás mediante un tratamiento anaeróbico, utilizando bacterias que no necesitan oxígeno para sobrevivir, lo que garantiza la propia sustentación energética de los rellenos sanitarios.

El prototipo que está en el laboratorio de la EEP está siendo probado como esterilizador del agua resultante de la cámara séptica. Después de algunos minutos de ozonización, el producto de los desagües domésticos se torna claro, y muestra una reducción de la materia orgánica y una esterilización de microorganismos. Ese generador es menor y más sencillo en su concepción que el instalado en la ETE Piracicamirim (estación Piracica-Mirim) y puede adaptarse al tratamiento de efluentes de una residencia o de un condominio. “La idea es viabilizar tratamientos descentralizados”, afirma Maria Helena.

Socios comerciales
“Nuestro gran desafío es ahora es atender a cada cliente potencial en sus necesidades específicas de uso del ozono”, afirma Aluisio Pimentel de Camargo, director de Qualidor Saneamento Incorporação. “Vamos a dividir nuestra actuación en siete segmentos: tratamiento de efluentes municipales, industriales, sistemas de aire acondicionado, agua de subsuelo, tanques de condominios, piscinas y percolado de los rellenos municipales. Podemos actuar también en los efluentes generados por los grandes criadores de porcinos, que contaminan manantiales con residuos orgánicos y productos químicos tóxicos y cancerígenos resistentes a los procesos de tratamiento convencional”.

Otra área de actuación es la de producción de plantas que, bajo aire ozonizado, sufren una selección natural, resultando en plantines resistentes que exigen menos defensivos. “Las posibilidades de uso de esos generadores son inmensas”, garantiza Camargo. “Nuestro gran obstáculo después de que los prototipos estén listos consiste en encontrar socios proclives a inyectar capital en la empresa, que es pequeña y no tiene estructura para el tamaño del desafío que debe encarar de ahora en adelante”, concluye el director de Qualidor.

Pero para Wilfredo Urruchi existe también otro desafío, que es el de obtener la homologación del equipamiento. Los estándares actuales de verificación de eficiencia de tratamiento de efluentes están directamente relacionados con la utilización de cloro. No obstante, el reto mayor, que fue desarrollar un generador de ozono innovador, ya ha sido vencido.

Un elemento de purificación

El ozono (O3) es un gas azul pálido, inestable, muy oxidante y reactivo. Existe de forma natural a alturas de entre 15 y 20 kilómetros, y absorbe los rayos ultravioleta del Sol. En el medio en que vivimos, de entre 20º y 30ºC, su vida útil es de apenas 40 minutos. A partir de temperaturas situadas entre 35º y 40ºC, el ozono comienza a disociarse, dejando de ser O3 para volver a ser O2 (oxígeno). Esa inestabilidad lo lleva a reaccionar con células o moléculas. Ese proceso, denominado oxidación, sirve para exterminar algas, gérmenes, virus y bacterias.

Este gas, descubierto en 1785, es empleado hace más de 90 años. Y ha demostrado su eficiencia en el transcurso de todos estos años en la descontaminación y purificación del agua, en el tratamiento de efluentes con compuestos orgánicos y químicos provenientes de la industrias de papel y celulosa, petroquímica, textil, de alimentos, de medicamentos, láctea y frigorífica. “Actualmente, la tecnología de producción de ozono es la misma en cualquier parte del mundo. Lo que cambia es el sistema integrado de generador y el medio que será tratado con ozono, que es específico para cada aplicación”, dice el físico Wilfredo Urruchi, investigador-colaborador del ITA.

En el tratamiento de agua, más allá de su acción sobre los microorganismos, el ozono también es utilizado en los procesos de remoción de metales pesados y en la reducción de compuestos nitrogenados (urea, amoníaco, nitratos, nitritos y cianuros) y en el control químico y biológico del oxígeno existente en cualquier medio acuoso. El uso del ozono se está expandiendo y está siendo estimulado en varios países para afrontar las cada vez mayores exigencias de purificación de las aguas y de preservación ambiental.

El Proyecto
Desarrollo de un Generador de Ozono de Alto Desempeño (nº 98/15038-1); Modalidad Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas (PIPE); Coordinador Wilfredo Milquiades Irrazabal Urruchi – ITA/Qualidor; Inversión R$ 215.067,00 y US$ 8.984,70

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